Новый тип почвы, созданный инженерами Техасского университета в Остине, может вытягивать воду из воздуха и распределять ее по растениям, потенциально расширяя карту сельскохозяйственных земель по всему миру до ранее неприветливых мест и одновременно сокращая использование воды в сельском хозяйстве.
Как опубликовано в ACS Materials Letters, в системе атмосферного орошения используются гели, поглощающие влагу из воздуха. Когда почва нагревается до определенной температуры, гели выделяют воду, делая ее доступной для растений. Когда почва распределяет воду, часть ее возвращается в воздух, повышая влажность и облегчая продолжение цикла сбора урожая.
«Обеспечение автономного ведения сельского хозяйства в районах, где сложно построить ирригационные и энергетические системы, имеет решающее значение для освобождения растениеводства от сложной цепочки водоснабжения, поскольку ресурсы становятся все более дефицитными», — сказал Гуйхуа Ю, доцент кафедры материаловедения в Департаменте машиностроения Уокера.
Из каждого грамма почвы можно извлечь примерно 3-4 грамма воды. В зависимости от сельскохозяйственных культур примерно от 0,1 до 1 килограмма почвы может обеспечить достаточно воды для орошения около квадратного метра сельскохозяйственных угодий.
Гели в почве вытягивают воду из воздуха в более прохладные и влажные периоды ночью. Солнечное тепло в течение дня активирует содержащие воду гели, чтобы их содержимое попало в почву.
Команда провела эксперименты на крыше здания Инженерного учебного центра Кокрелловской школы в UT Остине, чтобы проверить почву. Они обнаружили, что гидрогелевая почва способна удерживать воду лучше, чем песчаные почвы в засушливых районах, и для выращивания растений ей требовалось гораздо меньше воды.
В ходе четырехнедельного эксперимента команда обнаружила, что почва удерживает примерно 40% воды, с которой она начинала. Напротив, в песчаной почве всего через неделю осталось только 20% воды.
В другом эксперименте команда посадила редис в оба типа почвы. Редис в гидрогелевой почве пережил 14-дневный период без какого-либо полива, кроме начального цикла, чтобы убедиться, что растения прижились. Редис в песчаной почве поливали несколько раз в течение первых четырех дней опыта. Ни один редис в песчаной почве не выжил более двух дней после начального периода полива.
«Большая часть почвы достаточно хороша, чтобы поддерживать рост растений», — сказал Фэй Чжао, научный сотрудник исследовательской группы Ю, который руководил исследованием с Синъи Чжоу и Панпан Чжан. «Основным ограничением является вода, поэтому мы хотели разработать почву, которая может собирать воду из окружающего воздуха».
Почва для сбора воды — это первое крупное применение технологии, над которым группа Юй работает более двух лет. В прошлом году команда разработала возможность использовать гибридные гелево-полимерные материалы, которые работают как «супер-губки», извлекая большое количество воды из окружающего воздуха, очищая его и быстро высвобождая с помощью солнечной энергии.
Исследователи предполагают несколько других применений этой технологии. Его потенциально можно использовать для охлаждения солнечных панелей и центров обработки данных. Он может расширить доступ к питьевой воде либо через индивидуальные системы для домашних хозяйств, либо через более крупные системы для больших групп, таких как рабочие или солдаты.
